图像处理的变分模型若干问题研究
[Abstract]:Image is an important medium for human to obtain and transmit information and plays an important role in the network information age. Image processing is a rapidly developing interdisciplinary subject in Information Science and engineering. It has a very important position and application value in social life. (1) One of the mathematical models, with flexible structure, various forms and efficient computing performance, the image processing variational model established in the early 1990s has become an important mathematical tool in the field of digital image processing, and has attracted extensive research and attention from scholars at home and abroad. Some key problems, such as denoising, restoration and segmentation, are discussed. In view of the poor adaptive performance of variational models in image processing and the easy occurrence of "ladder effect" in smooth regions, the characteristics and significance of variational models are studied, and the improvement ideas and methods are proposed. The main work of this paper is as follows: (1) Variational denoising in image processing. In the aspect of model research, an image denoising algorithm based on smoothed ROF model is proposed to solve the non-differentiable problem of regular terms in Rudin-Osher-Fatemi (ROF) model. The algorithm modifies the regular terms in the ROF model, which not only can get rid of the Courant-Friedrichs-Lewy condition, but also has the global convergence property. Compared with the time marching method and the fixed point method, each iteration updating corresponds to an original variable and a dual variable. The simulation results show that the proposed model can effectively reduce the image stationary region by choosing the appropriate smooth parameters. (2) In the research of variational model of image restoration, firstly, based on the analysis of total variational model, an improved total variational model of image restoration is proposed by using a more reasonable potential function. If there is noise in the image to be repaired, the noise can be removed from the outside of the information defect area at the same time. This not only avoids the "ladder effect" but also protects the important features of the image. Secondly, the solving process of Mumford-Shah model is complicated. An image restoration algorithm based on convex Mumford-Shah model is proposed. The algorithm takes full account of the different diffusion abilities of quadratic norm and total variational norm in the texture and smooth regions of the image, avoids the trouble of solving the length term of the curve, and uses split Bregman algorithm to solve the model quickly. (3) In the research of variational model of image segmentation, firstly, to solve the problem of high computational complexity of Mumford-Shah model, an image segmentation method based on constrained Mumford-Shah model is proposed. Degree term is used to transform the non-convex Mumford-Shah model into a convex optimization problem, and the pixel value of the image is always constrained within a reasonable range during the iteration process. Then the model is solved by alternating direction multiplier method. After obtaining the smooth solution of the model, the image is segmented by K-means clustering method, and the smooth and segmented image is realized. Secondly, when the coefficient matrix in the convex Mumford-Shah model is a random matrix, the efficiency of the alternating direction multiplier decreases, and an image segmentation algorithm based on the inexact alternating direction multiplier is proposed. Another advantage of this strategy is that if the number of segmentation targets is changed, the smooth solution of the image is not needed to be recalculated, so it is more convenient to apply. Simulation results show that the strategy can deal with the problem of image segmentation of degraded images, and the algorithm can also deal with the problem of image segmentation of degraded images. It has high segmentation accuracy.
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TP391.41
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,本文编号:2249353
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